DE102012206512B4 - Heated gas analyzer - Google Patents
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Abstract
Beheizbares Gasanalysengerät (1) mit einer Überprüfungseinrichtung (20), die dazu ausgebildet ist, aus nach dem Einschalten des Gerätes (1) bis zum Erreichen einer vorgegebenen Betriebstemperatur an unterschiedlichen Messstellen (Ni) innerhalb des Gerätes (1) gemessenen Temperaturverläufen ein zweidimensionales Temperaturprofil (21) zu erstellen, bei dem die eine Dimension (t) die Zeit und die andere Dimension (N) die unterschiedlichen Messstellen (Ni) bezeichnet, und die ferner dazu ausgebildet ist, das Temperaturprofil (21) mit einem unter Referenzbedingungen erstellten und abgespeicherten Referenz-Temperaturprofil zu vergleichen und im Falle einer ein vorgegebenes Maß übersteigenden Abweichung eine Fehlermeldung zu erzeugen.Heatable gas analysis device (1) with a checking device (20), which is designed to generate a two-dimensional temperature profile ( 21), in which one dimension (t) denotes time and the other dimension (N) denotes the different measuring points (Ni), and which is also designed to create the temperature profile (21) with a reference created and stored under reference conditions -Compare temperature profile and generate an error message in the event of a deviation exceeding a specified level
Description
Die Erfindung betrifft ein beheizbares Gasanalysengerät.The invention relates to a heatable gas analyzer.
In der Gasanalytik kommen beheizbare Analysengeräte dann zum Einsatz, wenn das zu analysierende Gas (Messgas) Feuchtigkeit enthält und ein Auskondensieren in dem Gerät verhindert werden soll. Zu diesem Zweck kann beispielsweise das gesamte Gerät mittels einer Umluftheizung beheizt werden, so dass die Gaswege in dem Gerät auf eine vorgegebene einheitliche Betriebstemperatur gebracht werden. Dabei können an den Schnittstellen zur Umgebung des Gerätes, also in den Bereichen der Messgaszu- und -abfuhr, zusätzliche Heizungen für die Gaswege vorgesehen werden. Es gibt auch Gasanalysatoren mit Gassensoren, insbesondere auf der Basis von Halbleitermetalloxiden, die beheizt werden müssen, um überhaupt sinnvoll messen zu können. Bei Gaschromatographen ist oft eine Erwärmung der Trennsäule erforderlich, um die gewünschten Trenneigenschaften zu erreichen, oder die zu analysierende Probe ist eine Flüssigkeit, die verdampft werden muss, bevor sie in die Trennsäule gelangt. Da die üblichen Gasanalyseverfahren in der Regel temperaturempfindlich sind, kann nicht zuletzt durch Beheizen des Analysengeräts der Temperatureinfluss von außen verringert und somit das Messergebnis stabilisiert werden.In gas analysis, heatable analyzers are used when the gas to be analyzed (sample gas) contains moisture and condensation in the device is to be prevented. For this purpose, for example, the entire device can be heated by means of a convection heating, so that the gas paths are brought in the device to a predetermined uniform operating temperature. In this case, additional heaters for the gas paths can be provided at the interfaces to the environment of the device, ie in the areas of Meßgaszu- and -abfuhr. There are also gas analyzers with gas sensors, in particular on the basis of semiconductor metal oxides, which must be heated in order to measure meaningful at all. In gas chromatographs, heating of the separation column is often required to achieve the desired separation characteristics, or the sample to be analyzed is a liquid that must be vaporized before entering the separation column. Since the usual gas analysis methods are usually sensitive to temperature, not least can be reduced by heating the analyzer, the temperature influence from the outside and thus stabilize the measurement result.
Aus der
Bei einem aus der
Aus der
Unter der Beheizung des Gasanalysengeräts ist vorstehend und im Folgenden nicht notwendigerweise die Beheizung des gesamten Geräts zu verstehen. In den meisten Fällen beschränkt sich die Beheizung auf das von dem Messgas durchströmte Analysenteil oder -modul mit den darin enthaltenen und das Messgas unmittelbar erfassenden Messkomponenten. Bei einem nichtdispersiven Infrarot-(NDIR-)Gasanalysator sind dies z. B. ein Infrarotstrahler, eine Messgas- und ggf. Referenzgasküvette sowie eine opto-pneumatische Detektoranordnung.The heating of the gas analyzer does not necessarily mean above and below the heating of the entire appliance. In most cases, the heating is limited to the analyte part or module through which the sample gas flows, with the measuring components contained therein and the sample gas directly detected. In a non-dispersive infrared (NDIR) gas analyzer, these are e.g. B. an infrared radiator, a sample gas and possibly reference gas cuvette and an opto-pneumatic detector array.
Nach dem Einschalten des Analysengerätes wird in der Regel solange gewartet, bis das Gerät bzw. Analysenteil Betriebstemperatur erreicht hat, wobei die Temperatur innerhalb einer spezifizierten Toleranz liegt muss, damit das Analysenteil messfähig ist.After switching on the analyzer is usually waited until the device or analysis part has reached operating temperature, the temperature must be within a specified tolerance, so that the analysis part is measured.
Ein korrekter Aufbau und die Stabilität der mechanischen Komponenten des Analysenteils sind für eine korrekte Messwerterfassung unerlässlich. Wenn bei der Fertigung des Geräts der Aufbau nicht der Spezifikation entspricht oder während des späteren Betriebs die mechanische Stabilität nachlässt, kann sich dies gravierend auf die Messwerterfassung auswirken. Daher erfolgt in der Regel eine Überprüfung durch Sichtkontrolle bei offenem Gerät. Durch Abgleich mit Prüfgas können unzulässige Abweichungen und bei einem Drucktest Leckagen festgestellt werden.A correct structure and the stability of the mechanical components of the analysis section are essential for a correct measured value acquisition. If, during the manufacture of the device, the structure does not conform to the specification or if mechanical stability diminishes during later operation, this can seriously affect the measured value acquisition. Therefore, a check is usually carried out by visual inspection with the device open. By comparison with test gas impermissible deviations and in a pressure test leakage can be detected.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln die Überprüfung des Gasanalysengeräts auf ordnungsgemäßen Zustand zu verbessern.The invention has for its object to improve with simple means the review of the gas analyzer to proper condition.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das beheizbare Gasanalysengerät eine Überprüfungseinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, aus nach dem Einschalten des Gerätes bis zum Erreichen einer vorgegebenen Betriebstemperatur an unterschiedlichen Messstellen innerhalb des Gerätes gemessenen Temperaturverläufen ein zweidimensionales Temperaturprofil zu erstellen, bei dem die eine Dimension die Zeit und die andere Dimension die unterschiedlichen Messstellen bezeichnet, und die ferner dazu ausgebildet ist, das Temperaturprofil mit einem unter Referenzbedingungen erstellten und abgespeicherten Referenz-Temperaturprofil zu vergleichen und im Falle einer ein vorgegebenes Maß übersteigenden Abweichung eine Fehlermeldung zu erzeugen.According to the invention, the object is achieved in that the heatable gas analyzer has a checking device which is designed to create a two-dimensional temperature profile from after the device is switched on until reaching a predetermined operating temperature at different measuring points within the device temperature curves the one dimension denotes the time and the other dimension the different measuring points, and is further adapted to compare the temperature profile with a reference temperature profile created and stored under reference conditions and to generate an error message in the event of a deviation exceeding a predetermined amount.
Um die elektrische Beheizung des Gasanalysengerätes regeln zu können, müssen Temperatursensoren vorhanden sein. Bestimmte Komponenten des Gerätes, wie z. B. Infrarotstrahler, Laserdioden, Detektoranordnungen oder elektrische Bauelemente und Schaltungen können über eigene Temperatursensoren zur Regelung und/oder Überwachung verfügen. Zur Messung der Temperaturverläufe in dem Gerät, nach dem dieses eingeschaltet wurde, können diese ohnehin vorhandenen und ggf. weitere, für diesen Zweck vorgesehene, Temperatursensoren verwendet werden.In order to control the electrical heating of the gas analyzer, temperature sensors must be present. Certain components of the device, such. As infrared emitters, laser diodes, detector assemblies or electrical components and circuits may have their own temperature sensors for control and / or monitoring. To measure the temperature profiles in the device after it has been turned on, these can be used anyway and possibly further, provided for this purpose, temperature sensors are used.
Im Einschaltmoment werden in der Regel die Temperaturen an allen Stellen des Gerätes gleich sein. Dies gilt in den meisten Fällen auch dann, wenn das Gerät bzw. der beheizte Geräteteil auf Betriebstemperatur aufgeheizt ist, weil sich auch bei einem Fehler im Gerät früher oder später ein Temperaturgleichgewicht einstellen wird. Hat das Gerät also Betriebstemperatur erreicht, wird man anhand der gemessenen Temperaturen nur in bestimmten Einzelfällen Gerätefehler feststellen können. Solche Einzelfälle sind z. B. fehlerhaft funktionierende Heizungen oder elektrische Bauelemente mit eigenen Temperatursensoren. Eine fehlerhafte Verschraubung mechanischer Halterungen wird man dagegen aufgrund der erreichten Temperatur nicht feststellen können.At the moment of switch-on, the temperatures will generally be the same at all points of the device. In most cases, this also applies if the device or the heated device part is heated to operating temperature, because sooner or later a temperature equilibrium will occur even if there is a fault in the device. If the device has thus reached operating temperature, it will be possible to determine device errors only in certain individual cases based on the measured temperatures. Such isolated cases are z. B. malfunctioning heaters or electrical components with their own temperature sensors. A faulty screwing mechanical brackets, however, you will not be able to determine due to the temperature reached.
Im Unterschied dazu kommt es aber nach dem Einschalten des Gerätes bis zum Erreichen der Betriebstemperatur an unterschiedlichen Stellen innerhalb des Gerätes zu unterschiedlichen Temperaturverläufen, die von dem mechanischem Aufbau und Zustand des Gerätes an diesen und in der Umgebung dieser Stellen abhängig ist. So wird beispielsweise die oben erwähnte fehlerhafte Verschraubung aufgrund des erhöhten Wärmeübergangswiderstandes zwischen den Halterungen zu einer Verzögerung des Temperaturanstiegs von in Richtung des Wärmeflusses hinter dieser Stelle liegenden Konstruktionsteilen führen. Da sich die Wärme bis zum Erreichen eines Temperaturgleichgewichts innerhalb des Geräts unterschiedlich ausbreitet und die Temperatur nur an einer begrenzten Zahl von Messstellen gemessen wird, erlauben die gemessenen Temperaturverläufe einzeln keine Aussage über den Zustand des Gerätes. In ihrer Gesamtheit als zweidimensionales Temperaturprofil ergeben sie aber ein von dem Zustand des Gerätes abhängiges Bild oder einen entsprechenden Fingerabdruck. Gemäß der Erfindung wird also ein solcher thermodynamischer Fingerabdruck nach dem Einschalten des Gerätes gewonnen und mit einen unter Referenzbedingungen erstellten Referenz-Fingerabdruck verglichen. Dieser Referenz-Fingerabdruck kann an dem Gerät selbst, z. B. unmittelbar nach seiner Herstellung oder nach einer Revision abgenommen werden, oder er kann von einem baugleichen Referenzgerät stammen. Übersteigt die Abweichung zwischen dem erfassten Fingerabdruck und dem Referenz-Fingerabdruck ein vorgegebenes Maß, so wird eine Fehlermeldung erzeugt.In contrast, however, it comes after switching on the device until reaching the operating temperature at different points within the device to different temperature gradients, which depends on the mechanical structure and condition of the device at these and in the vicinity of these bodies. For example, due to the increased heat transfer resistance between the brackets, the above-mentioned faulty fitting will delay the temperature rise of structural members behind the body in the direction of heat flow. Since the heat propagates differently within the device until a temperature equilibrium is reached, and the temperature is only measured at a limited number of measuring points, the measured temperature profiles individually do not permit any statement about the state of the device. However, in their entirety as a two-dimensional temperature profile they give an image dependent on the state of the device or a corresponding fingerprint. According to the invention, therefore, such a thermodynamic fingerprint is obtained after switching on the device and compared with a reference fingerprint created under reference conditions. This reference fingerprint may be attached to the device itself, e.g. B. be removed immediately after its preparation or after a revision, or he may come from a reference device of identical design. If the deviation between the detected fingerprint and the reference fingerprint exceeds a predetermined level, an error message is generated.
Vorzugsweise ist bei dem zweidimensionalen Temperaturprofil mit der Zeit als der einen und den unterschiedlichen Messstellen als der anderen Dimension die Zeit in diskrete Zeitabschnitte unterteilt, wobei das Temperaturprofil für jeden Zeitabschnitt und jede Messstelle einen Temperaturwert enthält und so ein aus den Temperaturwerten bestehendes Muster bildet. Der Vergleich zwischen dem jeweils aktuell erfassten Temperaturprofil (Fingerabdruck) und dem Referenz-Temperaturprofil (Referenz-Fingerabdruck) kann dann unter Verwendung von Methoden der Mustererkennung durchgeführt werden. Für bestimmte erkannte Gerätefehler können die erhaltenen Muster oder die Differenzmuster von Temperaturprofil und Referenz-Temperaturprofil gespeichert und zur Identifikation künftiger Fehler herangezogen werden.Preferably, in the two-dimensional temperature profile with time as the one and the different measuring points as the other dimension, the time is divided into discrete time periods, wherein the temperature profile for each period and each measuring point contains a temperature value and thus forms a pattern consisting of the temperature values. The comparison between the currently detected temperature profile (fingerprint) and the reference temperature profile (reference fingerprint) can then be carried out using pattern recognition methods. For certain detected device failures, the obtained patterns or the difference patterns of temperature profile and reference temperature profile can be stored and used to identify future errors.
Vorzugsweise verfügt das erfindungsgemäße Gerät über ein Display zur Visualisierung und/oder eine Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung des Musters und/oder der Differenz der Muster des Temperaturprofils und des Referenz-Temperaturprofils.Preferably, the device according to the invention has a display for visualization and / or a communication interface for transmitting the pattern and / or the difference of the patterns of the temperature profile and the reference temperature profile.
Die Überprüfung des Analysengeräts erfolgt automatisch. Das Gerät muss dazu nicht geöffnet bzw. das Analysenmodul nicht ausgebaut werden. Da in dem beheizten Gerät ohnehin eine mehr oder weniger große Anzahl von Temperatursensoren vorhanden ist, ist der zusätzliche Geräteaufwand für die Überprüfung des Geräts anhand des Temperaturprofils minimal.The analyzer is checked automatically. The device does not have to be opened or the analyzer module removed. Since in the heated device anyway a more or less large number of temperature sensors is present, the additional equipment costs for the verification of the device based on the temperature profile is minimal.
Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert; im Einzelnen zeigenFurthermore, the invention will be explained with reference to the figures of the drawing with reference to embodiments; show in detail
Die Steuer- und Auswerteschaltung
Für das Temperaturprofil
Nach der Herstellung und erfolgreicher Prüfung des Gerätes
Die Überprüfungseinrichtung
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